انتشار نخستين تصوير سياه چاله در قالب يك ويدئو

 اولين تصوير تاريخي از سياه‌چاله كه سال گذشته منتشر شد، حالا به ويدئو تبديل شده است. توالي كوتاه فريم‌ها، تغييرات ظاهري محيط اطراف سياه‌چاله و تأثير جاذبه بر مواد اطراف را در طول چندين سال نشان مي‌دهد.

تصاوير، توده‌ي نامتوازني از نورهاي چرخان اطراف سياه‌چاله‌اي غول‌آسا را در مركز كهكشان M87 نشان مي‌دهند. تلسكوپ ايونت هرايزن (EHT كه شامل آرايه‌اي عظيم از رصدخانه‌هاي سراسر دنيا است) براي توليد اين تصاوير، داده‌هاي قبلي سياه‌چاله را با مدلي رياضي، بر اساس تصوير سياه‌چاله در آوريل ۲۰۱۹ تركيب كرد تا تكامل محيط اطراف سياه‌چاله را در طول هشت سال نشان دهد.

گرچه توليد اين توالي تا اندازه‌اي بر اساس حدس و گمان است، نتايج به‌دست‌آمده، انديشه متخصصينات‌هاي خوبي را درباره‌ي رفتار سياه‌چاله‌ها و گرانش آن‌ها ارائه دادند كه نور و ماده‌ي اطراف خود را جذب مي‌كنند. به‌گفته‌ي ماسيك ويلگوس، مؤلف ارشد پژوهش و ستاره‌شناس راديويي دانشگاه هاروارد كمبريج:

ازآنجاكه سقوط جريان ماده در سياه‌چاله متلاطم است، مي‌توانيم نوسان حلقه‌هاي اطراف سياه چاله را به مرور زمان رصد كنيم.

سال گذشته، اولين تصوير سياه‌چاله به تيتر اول اخبار سراسر جهان تبديل شد. اين تصوير، سياه‌چاله‌ي غول‌آساي M87* را در مركز كهكشان M87 نشان مي‌داد كه تقريبا ۵۵ ميليون سال نوري با زمين فاصله دارد. پژوهشگرها تصوير را با تركيب سيگنال‌هاي راديويي بازسازي كردند كه در آوريل ۲۰۱۷ و در مدت زمان دو شب از رصدخانه‌هاي سراسر زمين جمع‌آوري شده بود.

با اينكه تصوير به‌دست‌آمده مات بود، با پيش‌بيني‌هاي انديشه متخصصينيه‌ي نسبيت عامل آلبرت اينشتين درباره‌ي اطراف سياه‌چاله كاملا منطبق بود. اين تصوير، شواهدي از افق رويداد سياه‌چاله را دراختيار ستاره‌شناسان قرار داد. افق رويداد، به نقطه‌ي بي‌بازگشت سياه‌چاله گفته مي‌شود كه آن را از محيط اطرافش جدا مي‌كند. اين ديسك تاريك در مقابل حلقه‌اي از نور قرار دارد كه از ماده‌ي جديد خارج از افق رويداد سرچشمه مي‌گيرد.

در تصاوير، بخشي از ديسك سياه‌چاله، درخشان‌تر ظاهر شد. دليل اين پديده، تركيبي از جلوه‌هاي متغيرهاي پيچيده‌ي اطراف سياه‌چاله بود. ماده‌اي كه در حفره‌‌ي سياه‌چاله سقوط مي‌كند، مارپيچي پرسرعت را خارج از استواي سياه‌چاله ايجاد مي‌كند كه اخترفيزيك‌دان‌ها به آن قرص برافزايشي مي‌گويند. ظاهر نامتوازن سياه‌چاله تا اندازه‌اي به اثر داپلر بستگي دارد: بخشي از ديسك به سمت ديد ناظر مي‌چرخد، حركت ماده منجر به افزايش تشعشعات شده و درخشش را بالا مي‌برد. عكس اين فرايند براي آن سوي سياه‌چاله كه از ديد ناظر دورتر است، رخ مي‌دهد.

ويلگوس بر اساس نتايج قبلي به مطالعه و بازنگري داده‌هاي قبلي تلسكوپ‌هاي EHT پرداخت و از تصاوير سال ۲۰۱۷ به‌عنوان راهنما استفاده كرد. EHT از سال ۲۰۰۹ رصد M87* را با سه تلسكوپ در سه موقعيت مكاني مختلف آغاز كرد. با افزودن رصدخانه‌هاي بيشتر به شبكه‌ي EHT، كيفيت رصدها بهبود يافت. در سال ۲۰۱۷، مجموعه‌‌ي آرايه‌ي EHT شامل هشت رصدخانه از هاوايي و شيلي تا اروپا، براي اولين‌بار به سطح توليد تصويري واقعي رسيد.

داده‌هاي قديمي در چهار گروه و در سال‌هاي ۲۰۰۹، ۲۰۱۱، ۲۰۱۲ و ۲۰۱۳ جمع‌آوري شدند. دو دسته از داده‌ها هنوز منتشر نشده‌اند. به‌گفته‌ي ويلگوس: «اين داده‌ها تا اندازه‌اي فراموش شدند؛ زيرا همه از داده‌هاي ۲۰۱۷ هيجان زده بودند.» ويلگوس همراه‌با گروهي از ديگر پژوهشگران EHT به تحليل مجدد داده‌ها پرداخت و به انطباق آن‌ها با داده‌هاي سال ۲۰۱۷ از جمله وجود قرص تاريك و حلقه‌ي درخشان پي برد. اگرچه داده‌هاي ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳، از دقت كافي براي توليد تصاوير برخوردار نبودند، پژوهشگرها با تركيب داده‌هاي محدود و مدل‌هاي رياضي سياه‌چاله كه از سال ۲۰۱۷ به‌دست آمده بودند، به تصاوير تركيبي رسيدند.

به اين ترتيب، نتايج فراتر از انتظار ظاهر شدند. درست مانند داده‌هاي سال ۲۰۱۷، بخشي از حلقه درخشان‌تر از بخش ديگر بود؛ اما نقطه‌ي درخشان جابه‌جا شده بود. دليل اين مسئله نوسان‌هاي درخشش قرص برافزايشي بود.

به گفته‌ي پژوهشگرها، گرچه سياه‌چاله‌ي M87* ثابت است، محيط اطراف آن هر سال تغيير مي‌كند. در مقياس چند هفته‌اي، ميدان‌هاي مغناطيسي قوي دورتا دور قرص برافزايشي حركت مي‌كنند و نقاط جديد‌تري را به وجود مي‌آورند كه در مدار سياه‌چاله مي‌چرخند. در سال ۲۰۱۸، تيمي مجزا در بازه‌ي يك ساعته از توده‌ي گازي جديدي در اطراف سياه‌چاله‌ي ساگيتاريوس A* خبر دادند. اين سياه‌چاله در مركز كهكشان راه شيري قرار دارد. ازآنجاكه جرم سياه‌چاله‌ي M87* برابر با ۶/۵ ميليارد جرم خورشيدي است، اندازه‌ي آن هم ۱۰۰۰ برابر بيشتر از ساگيتاريوس A* است درنتيجه تغييرات اطراف آن در بازه‌ي طولاني‌تري رخ مي‌دهند.

تيم EHT همچنين به‌دنبال استفاده از پرتوهاي طول موج كوتاه‌تر در كمپين رصد سال آينده است. گرچه اين روش براي رصد از جو زمين دشوارتر است، مي‌تواند دقت تصاوير EHT را افزايش دهد. به گفته‌ي سارا اسيائون، يكي از اعضاي EHT و ستاره‌شناس راديويي دانشگاه رادبود هلند:‌ «مي‌توانيم با اين روش به سايه‌‌ي سياه‌چاله‌ نزديك‌تر شويم و تصاوير واضح‌تري را ثبت كنيم».